利用碳化硅器件高電壓、大電流、高速開斷等特性，能制造高功率密度、高效率的電力電子裝備。碳化硅電力電子變壓器能實(shí)現(xiàn)交直流等不同形式電能的靈活接入，提高新能源電量消納水平。使用碳化硅器件，電力電子變壓器能更加緊湊高效。

國網(wǎng)智研院電力電子所裝備室主任徐云飛介紹，碳化硅電力電子變壓器中的兩個(gè)核心裝備是驅(qū)動(dòng)器和高頻變壓器。其中，驅(qū)動(dòng)器是讓碳化硅器件可靠工作的控制器，是控制保護(hù)的“大腦”和功率器件的接口，也是強(qiáng)弱電連接的橋梁；高頻變壓器是起到隔離和變壓作用的關(guān)鍵設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)高頻化和緊湊化的關(guān)鍵所在。

目前，高壓6.5千伏碳化硅器件并沒有可用的商業(yè)化驅(qū)動(dòng)器。碳化硅功率器件攻關(guān)團(tuán)隊(duì)深入研究器件開關(guān)過程，提出柵源電壓階梯驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，解決了高速開關(guān)過程中的過電壓及振蕩問題，降低器件開關(guān)過程損耗6%～10%；研制出適用于1.2千伏～6.5千伏碳化硅器件的模擬-功率混合型驅(qū)動(dòng)保護(hù)芯片，有效提升了驅(qū)動(dòng)保護(hù)器集成度與電磁兼容性能。此外，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)還研制了10千赫茲/10千伏/243千伏安的全環(huán)氧固封干式高頻變壓器，效率為99.63%，達(dá)到先進(jìn)水平；研制出世界首臺(tái)35千伏/5兆瓦碳化硅電力電子變壓器，采用三相一體式結(jié)構(gòu)，相比同等電壓和容量的變壓器，體積進(jìn)一步縮小。

概述（LYPCD-4000TEV在線局放儀測試速度大大提高）

系統(tǒng)介紹

可配合使用特高頻傳感器、TEV傳感器、聲電組合傳感器、超聲傳感器和寬頻帶電流互感器（HFCT）在線檢測變壓器、高壓開關(guān)柜、GIS、電纜接頭等高壓設(shè)備的局部放電情況。攜帶方便、測量快速，抗干擾能力強(qiáng)，便于現(xiàn)場使用。

其配置軟件具有實(shí)時(shí)波形圖、*大峰值顯示、定位等功能，軟件也可以詳查分析某個(gè)相位波形，窗口隨意放大和縮小，也可以對(duì)該段數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，分析放電波形的頻譜含量，使放電波形之間更具可比性，全方位統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，減少試驗(yàn)中非穩(wěn)定性因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

本儀器采用自動(dòng)或手動(dòng)記錄保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)和瞬態(tài)放電波形，提供后期數(shù)據(jù)分析參考。

技術(shù)參數(shù)（LYPCD-4000TEV在線局放儀測試速度大大提高）

引用標(biāo)準(zhǔn)（LYPCD-4000TEV在線局放儀測試速度大大提高）

高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求 DL/T 593

3.6kV～～40.5kV 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 DL/T 404

3.6kV～～40.5kV 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 GB 3906

局部放電測量GB/T 7354

電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場測量導(dǎo)則 DL/T 417

高電壓試驗(yàn)技術(shù) 第1部分：一般試驗(yàn)要求 GB/T 16927.1

高電壓試驗(yàn)技術(shù) 第2部分：測量系統(tǒng) GB/T 16927.2

高電壓試驗(yàn)技術(shù) 第3 部分: 現(xiàn)場試驗(yàn)的定義及要求 GB/T 16927.3

各種高壓設(shè)備測量

變壓器測量（LYPCD-4000TEV在線局放儀測試速度大大提高）

1、超聲波法檢測原理

當(dāng)變壓器內(nèi)部產(chǎn)生放電信號(hào)時(shí)，除產(chǎn)生放電脈沖電流沿容性回路傳輸外，同時(shí)還會(huì)激發(fā)出機(jī)械波（超聲波）信號(hào)通過變壓器油向四周輻射傳播。雖然電力變壓器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但是變壓器的整個(gè)器身內(nèi)充滿了變壓器油，而繞組、絕緣材料、支撐、夾件、引線等部件均浸在油中，由于變壓器油為超聲波的良好傳播媒介，這為在箱壁外側(cè)檢測局放產(chǎn)生的超聲信號(hào)提供了有力條件。所以，在變壓器的箱壁外側(cè)安放超聲波傳感器可以接收到內(nèi)部較大的放電信號(hào)。

2、 脈沖電流法檢測原理(HFCT)

由電力變壓器的結(jié)構(gòu)所決定，其繞組除匝間電容外還與鐵心之間存在幾百甚至幾千皮法的分布電容，同時(shí)繞組與油箱間也存在上百皮法的分布電容。當(dāng)變壓器的繞組等主絕緣回路中發(fā)生局部放電時(shí)，其產(chǎn)生的高頻信號(hào)覆蓋了從幾十千赫茲到幾十兆赫茲，甚至到千兆赫茲，由于幾百皮法電容對(duì)于幾百千赫茲以上的高頻信號(hào)相當(dāng)于通路，所以放電信號(hào)就會(huì)向所有與放電點(diǎn)有容性關(guān)系的回路中傳播，其中一條回路必然包括鐵心接地回路。所以在鐵心接地線上安裝高頻電流互感器可有效接收變壓器內(nèi)放電信號(hào)。

開關(guān)柜測量（LYPCD-4000TEV在線局放儀測試速度大大提高）

1、開關(guān)柜超聲波法檢測原理

局部放電現(xiàn)象存在多樣性特征，發(fā)生放電時(shí)，不僅輻射出電磁波信號(hào)，也會(huì)出現(xiàn)聲波發(fā)射現(xiàn)象，局部放電部分能量會(huì)以聲波的形式向周圍傳播。利用超聲波傳感器即可測試這些聲脈沖，從而也可反映局部放電的狀況。通過測試局部放電信號(hào)中聲波特征的方法稱為超聲波法。開關(guān)柜內(nèi)部放電過程中會(huì)產(chǎn)生聲波。放電產(chǎn)生的聲波的頻譜很寬，可以從幾十赫茲到幾十兆赫茲，其中頻率低于20 kHz 的信號(hào)能夠被人耳聽到，而高于這一頻率的超聲波信號(hào)必須用超聲波傳感器才能接收到。

2、 地電波法檢測原理（開關(guān)柜專用）

當(dāng)開關(guān)柜的對(duì)地絕緣部分發(fā)生局部放電時(shí)，高壓帶電導(dǎo)體對(duì)接地金屬殼之間就有少量電容性放電電量，這種電容性放電電量的特點(diǎn)是電量很?。◣渍追种粠靷悾?，持續(xù)時(shí)間很短（幾納秒）。由于放電點(diǎn)在開關(guān)柜內(nèi)部，電磁波產(chǎn)生的電壓脈沖在金屬外殼內(nèi)表面?zhèn)鞑ィ唤饘偻鈿に帘?。如果屏蔽層是連續(xù)的，則無法在外部檢測到放電信號(hào)。實(shí)際上，屏蔽層通常在金屬箱體的接縫處、氣體開關(guān)的絕緣襯墊、墊圈的連接處、電纜絕緣終端等部位因破損而導(dǎo)致不連續(xù)。當(dāng)電壓脈沖通過這些不連續(xù)處時(shí)，將通過這些通道傳播出去，然后沿著金屬殼外表傳到大地，同時(shí)在開關(guān)柜的金屬箱體上產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)對(duì)地電壓（一般在幾十毫伏到幾伏，而且時(shí)間只能維持幾納秒），可以在運(yùn)行中的開關(guān)柜金屬外箱殼上放置電容耦合式傳感器來檢測這個(gè)信號(hào)。

暫態(tài)對(duì)地電壓法檢測部位主要是母排（連接處、穿墻套管，支撐絕緣件等）、斷路器，CT、PT、電纜接頭等部件所對(duì)應(yīng)到開關(guān)柜柜壁的位置，這些部件大部分位于開關(guān)柜前面板中部及下部，后面板上部、中部及下部、側(cè)面板的上部、中部及下部。開關(guān)柜暫態(tài)對(duì)地電壓法檢測部位可參考圖 5進(jìn)行測試。

電纜及附件測量

1、聲電組合探測器檢測原理

電纜發(fā)生局部放電時(shí)產(chǎn)生超聲波和電磁波，并以故障點(diǎn)為中心向四周輻射，其中電磁波傳播速度遠(yuǎn)大于超聲波，在距離故障點(diǎn)一定距離測量時(shí)，電磁波信號(hào)與超聲波信號(hào)有時(shí)間差，根據(jù)時(shí)間差計(jì)算放電位置，組合探測器利用這一原理，同時(shí)測量電磁波信號(hào)和超聲波信號(hào)，根據(jù)信號(hào)時(shí)間差計(jì)算當(dāng)前故障點(diǎn)所處位置。

2、脈沖電流法檢測原理(HFCT) 

在電纜中，導(dǎo)線和金屬屏蔽之間由絕緣材料隔開形成分布電容，該電容只有幾百皮法，對(duì)高頻信號(hào)為良導(dǎo)體。因此，高頻的局放信號(hào)由分布電容對(duì)接地引線構(gòu)成回路傳輸，在電纜接頭屏蔽接地線上安裝寬頻帶電流互感器（HFCT）可檢測到放電脈沖信號(hào)，并能夠確定局部放電的量值。

6月28日，在雄安新區(qū)容易線公路上，一輛輛電動(dòng)重型卡車將砂石骨料運(yùn)往施工現(xiàn)場，用于城市建設(shè)。南水北調(diào)雄安調(diào)蓄庫是服務(wù)雄安新區(qū)的重大水利工程，調(diào)蓄庫開挖山體產(chǎn)生的棄渣經(jīng)加工轉(zhuǎn)化為建筑骨料，并運(yùn)輸至施工現(xiàn)場使用。如果全部使用柴油重卡運(yùn)輸，會(huì)造成巨大環(huán)境污染。為落實(shí)“雙碳”目標(biāo)，基于雄安新區(qū)建設(shè)需求和零碳交通發(fā)展需要，國網(wǎng)河北電力在建材運(yùn)輸通道智慧驛站內(nèi)建設(shè)了35千伏碳化硅柔性變電站科技示范工程，為電動(dòng)重卡換電站提供清潔、高效、可靠的直流電能，國網(wǎng)智研院研制的碳化硅器件和核心裝備也從實(shí)驗(yàn)室走向了生產(chǎn)一線。

35千伏碳化硅柔性變電站的核心設(shè)備是交直流變換的三端口碳化硅電力電子變壓器，兩路電源進(jìn)線分別為交流35千伏、交流10千伏，輸出電壓為直流750伏，相較于傳統(tǒng)變電站，增加了直流接入、潮流優(yōu)化控制等功能，實(shí)現(xiàn)了在分布式光伏發(fā)電、直流充換電、儲(chǔ)能和數(shù)據(jù)中心等場景的示范應(yīng)用。碳化硅功率器件攻關(guān)團(tuán)隊(duì)研制的核心裝備在該變電站應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了碳化硅器件材料、封裝、測試、裝備全鏈條自主研發(fā)制造。

“35千伏碳化硅柔性變電站的投運(yùn)，將有力支撐國產(chǎn)芯片在新能源發(fā)電、電動(dòng)重卡充換電、新型儲(chǔ)能等領(lǐng)域的應(yīng)用，也為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供可復(fù)制推廣柔性的交直流輸配電網(wǎng)示范工程經(jīng)驗(yàn)。此外，清潔電能與低碳交通的融合，也是對(duì)‘雙碳’目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑的有益探索。”

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